輕型井點降水在淺灘橋梁承臺基坑開挖中的應用

朱小剛

（江蘇東南交通工程咨詢監理有限公司，江蘇 南京 210018）

0 前言

某項目需跨越五級航道修建一座大橋，大橋主橋設計采用三跨（45+73+45）m預應力混凝土連續箱梁，其主墩承臺部分位于水中，部分位于岸邊，設計承臺尺寸為10.5 m×6.5 m×2.5 m，底標高為-1.8 m，河道常水位是2.5 m，設計最高水位是3.18 m。根據勘察單位提供的地質報告，現狀原地面（河床）標高1.2～5.9 m，基坑范圍內的土質均為粉砂土，振動即液化，工程性質較好亞粘土層頂標高在-7.6～-9.3 m位置。施工時河道水面標高為1.8 m。因此，本項目主墩承臺基坑施工必須解決：（1）地下水位高，由于承臺處于臨水河岸邊位置，地下水位基本與河面水位齊平；（2）地質條件差，坑壁容易坍塌，基底流砂管涌現象嚴重問題，即必須科學、合理地做好基坑降水施工。

1 降水方案選擇

方案1：基坑放坡開挖方案。該方案為基坑開挖施工常規方案，從施工成本角度考慮，相對經濟，但針對本項目而言，從現狀地面開挖至基坑設計底標高，開挖深度最大達到8 m之多，而承臺右側離施工便橋邊距離只有4.2 m，不具備放坡開挖的條件，同時，采用該方案不能解決流沙、管涌問題，施工安全風險極大。

方案2：鋼套箱施工方案。該方案可以全面解決本項目基坑施工需解決的問題，但無法解決施工經濟問題，屬初步可行方案。

方案3：輕型井點基坑降水施工方案。該方案工藝成熟，能有效解決粉砂土質產生的流砂、管涌等問題，與方案2相比較（見表1），屬推薦使用方案。

表1 方案比較表

2 輕型井點法施工方案設計

輕型井點系在基坑外圍埋設井點管，埋深入含水層內，井點管的上端通過連接管與集水總管連接，集水總管再與真空泵和離心水泵相連。啟動抽水設備地下水便在真空泵吸力作用下，經濾水管進入井點管和集水總管，排出空氣后由離心水泵的排水管排出，使地下水位降低到基坑底以下50 cm。采用輕型井點降水可以提高邊坡穩定性、防止流砂現象發生。

2.1 設計基本資料

（1）承臺開挖斷面

由于基坑面積較大，地下水位較高，選用環形井點降水，環形長度A=33 m，寬度B=14.5 m。

（2）水文資料

經測量施工時河中水位高程為1.70～1.80 m。因此確定目前地下水位按1.8 m計算。

抽水有效帶水位：按設計承臺開挖底標高以下50 cm，即取-2.50 m。

（3）地質資料

a.土層分布。查設計圖紙地質圖，含水土層為均質粉砂土，亞粘土頂標高-7.6～-9.3 m，因此確定含水層厚度為9.4～11.1 m。計算取最不利值H=11.1 m。

b.滲透系數K的取定。根據土質情況，查公路施工手冊《橋涵》，K=5.0 m/d。

2.2 輕型井點系統計算

（1）井點方案設計

采用環形井點布置方案，按照無壓非完全井井群計算。

（2）確定井管埋置深度

井點管的濾管應在透水層內，埋置深度Ha=h1+h2+Δh+l+r/m。

h1：井點的水泵軸至未抽水前的地下水位高度，為0.2 m；

h2：原地下水位至基坑底的高度，為3.8 m；

Δh：抽水后的地下水位距基坑底面的安全深度，取0.5 m；

l：濾管長度，取 1.2 m；

r：基坑底中心至井點管中心的距離，取13.59m；

m：井點抽水后的水力坡降線的坡比，對于環形井點取m=15；

則：Ha=0.2+3.8+0.5+1.2+12.4/15=6.6 m，采用7.0 m長的井管可以滿足要求。

2.3 井點臺數設計

（1）設計參數

水位下降值：S=1.80-（-2.500）=4.3 m

滲透系數：K=5.0 m/d

影響半徑：R=2S√HK=2×4.3×√ (11.1×5.0)=64.07 m

基坑影響半徑R0：對于矩形基坑，查《橋涵》得η=1.144

r=η×（A+B）/4=1.144×（33+14.5）/4=13.59 m

R0=R+r=64.07+13.59=77.66 m

有效含水層厚度H0：S′為井管內水位降低值取7-0.2-1.2=5.6 m，l為濾管長度取1.2 m，查《橋涵》得H0=12.70 m。

（2）總排水量計算

（3）單根井點出水量計算

（4）井點管根數計算

n=1.1Q/q=1.1×818.63/20.1=44.8，取整數n=49根。

3 輕型井點法施工方案實施

降水施工之前首先開挖至+2.5 m標高，放坡1∶1，開挖的土方將承臺位于河道中的部分填平，并適當地增加工作面。場地平整完畢進行輕型井點降水處理，根據基坑大小，井點管布設的環形周長約為90 m，按照49根布置則間距大于規范要求的0.8～1.6 m，因此實際施工時按照間距1.5 m布置，施工井點管布56根，具體布置見圖1。

圖1 井點布置示意圖（單位：cm）

（1）埋設井管

井點管與濾管均用外徑為50 mm的無縫鋼管制成，壁厚為3 mm，濾管長1.0 m，濾孔直徑為19 mm，濾管外面先包扎一層尼龍絲布，用鐵絲纏繞捆扎，間距為3～5 cm，再在外面包扎兩層尼龍窗紗，用鐵絲捆扎，外罩有空鋼管保護，濾管頂端套管帽，以防止抽水時泥砂吸入濾管。濾管上接井點管，中間用螺絲套筒連接。

輕型井點的施工關鍵是井點管的埋沒，本方案采用水沖法將井點管埋設到設計標高。沖孔直徑一般為30～50 cm，沖孔深度比濾管底部深0.5 m左右，井點管在沖孔內沉到設計標高后，用洗凈的瓜子片濾料回填沖孔，回填到距地面1～2m時，改用粘土封口，防止漏氣，以保證井點有較高的真空度。

為保證降水效果，埋設井點管時，各濾管頂端保持在同一高度，現場按最大高差不超過10 cm控制，見圖2。

圖2 井點埋設示意圖

（2）連接井點管與集水管

將已經插入土中的井點管上端用橡膠軟管與集水管（管徑75～100 mm鋼管帶接頭）連接管頭聯接起來，并用鐵箍扎緊，接頭處不得漏氣。放置集水管時，為使水流通暢，集水管向抽水方向保持0.3%的上仰坡度。

（3）連接抽水系統

將集水管的三通與已經組裝完成的抽水系統聯接在一起，并仔細檢查各接頭處，保證接頭處嚴密不漏水。

（4）開動抽水系統抽水

各部分管路及設備經檢查合格后，即可開動真空泵，集水箱（尺寸為0.75 m×1.00 m×1.25 m）內部形成部分真空，真空表汞柱指示400 mm時，地下水開始從濾管吸入集水箱，即可開動離心泵，將水排出。排水時要及時調節出水閥，使集水箱內吸水的水量和排出的水量平衡。真空表汞柱升至600 mm時，即表示排水量和地下水涌入量達到平衡。

（5）拔管

施工結束后用吊機或借助扒桿卷揚機把井管拔出，所留孔洞用砂或土填塞。

（6）施工注意事項

a.用井點法降低地下水位，一經開始就必須不間斷的進行，否則井點濾管容易被堵塞。故機械、電源設備都必須要有備用。施工時備用一臺75 kW發電機和至少兩臺真空泵和離心泵。

b.在使用前，各接頭處要詳細檢查，保證嚴密不漏氣；開動前必須將所有的進出口閥門關閉，達到一定的真空度后，再慢慢開啟進水閥，讓地下水進來。

c.抽水初期，所排出的水可能夾帶一部分細砂，待濾管四周形成倒濾層之后，水即變成清水，但若濾網孔眼過大或抽水泵水量過大，砂粒仍會不斷抽出來，就應該將抽水閥關小來調整。

d.如發現真空度不夠，出水量很少，應首先找出原因是在抽水方面還是在管道方面。檢查時先關閉進水管的總閥，則真空度應上升到600mm以上，如仍停留在低真空不動，說明是抽水系統本身的原因，否則為管道漏氣所致。

e.抽水系統應設置在每一組集水管的中間，使各井點進水比較均勻。集水管向抽水管的方向要保持一定的坡度，使流水暢通。

4 結語

井點降水布置好后進行不間斷抽水3～4 d后，降水預期效果已基本達到，可進行進一步的基坑開挖施工。由于通過井點降水，土質的含水量已經接近最佳含水量，因此承臺開挖做到陡坡開挖甚至可以做到不放坡開挖，不僅節省了工期，減少了投入，更主要的是解決了這樣一個在內河及海邊淺灘上進行水中墩承臺施工的難題：在水上起重設備無法到達的施工區域內，鋼套箱方案不可行，而又無法用挖掘機直接開挖基坑時，推薦使用這種施工方法。

[1]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊（橋涵）[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]江正榮,朱國梁.簡明施工計算手冊（第三版）[M].北京:中國建筑工業出版社,2005.

[3]劉振青,薛曉霞,何亞伯.輕型井點降水在橋梁基坑開挖中的應用[J].四川建筑科學研究,2004,30(2).